[网络协议]计算机网络

OSI七层结构概述

应用层：

应用层是OSI模型的最高层，是用户与网络的界面，所有能和用户交互产生网络流量的程序
因为用户的实际应用多种多样，就要求应用层采用不同的协议来解决不同应用类型的需求
典型的协议有：文件传输协议FTP、电子邮件协议SMTP、万维网HTTP等。
表示层：
主要处理两个通信系统中交换信息的表示方式(语法和语义)
功能一、数据格式变换
不同机器采用的编码和表示方法不同，使用的数据结构不同
功能二、数据加密解密
功能三、数据的压缩和恢复
会话层：
向表示层实体/用户进程提供简历连接，并在连接上有序的传输数据。(进程:正在运行的程序)
这是会话，也是建立同步(SYN)
功能一、建立、管理、终止会话(如网页)
功能二、使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信,实现数据同步。
适用于传输大文件
主要协议：ADSP、ASP
传输层：
负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。
数据链路层是点到点的通信，传输层是端到端的通信
点到点(下三层)：可以理解为主机到主机之间的通信，一个点指一个硬件地址或IP地址，网络中参与通信的主机通过硬件地址或IP地址标识的；
端到端(上三层)：指运行在不同主机内的两个进程之间的通信，一个进程由一个端口号来标识，所以称端到端通信
功能一:可靠传输、不可靠传输
功能二:差错控制
功能三:流量控制(发送方传输速度)
功能四:复用分用
主要协议：TCP、UDP

网络层
主要任务是把分组从源端传到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。
流量控制(发送方传输速度)
拥塞控制(整体速度)

数据链路层
主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧。

物理层
主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。

TCP/PI五层参考模型（应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层）

1.TCP/IP、OSI、五层参考模型结构图

2.TCP/IP、OSI的相同点

3.TCP/IP、OSI的不同点

4.五层参考模型结构

5.五层参考模型数据封装与解封装（数据传输）

TCP

TCP 的包头有哪些内容，分别有什么用

1. 首先，源端口和目标端口是不可少的。
2. 接下来是包的序号。主要是为了解决乱序问题。不编好号怎么知道哪个先来，哪个后到
3. 确认序号。发出去的包应该有确认，这样能知道对方是否收到，如果没收到就应该重新发送，这个解决的是不丢包的问题
4. 状态位。SYN 是发起一个链接，ACK 是回复，RST 是重新连接，FIN 是结束连接。因为 TCP
   是面向连接的，因此需要双方维护连接的状态，这些状态位的包会引起双方的状态变更
5. 窗口大小，TCP 要做流量控制，需要通信双方各声明一个窗口，标识自己当前的处理能力。

三次握手四次挥手

??TCP/IP 协议是传输层的一个面向连接的安全可靠的一个传输协议，三次握手的机制是为了保证能建立一个安全可靠的连接，那么第一次握手是由客户端发起，客户端会向服务端发送一个报文，在报文里面：SYN标志位置为1，表示发起新的连接。当服务端收到这个报文之后就知道客户端要和我建立一个新的连接，于是服务端就向客户端发送一个确认消息包，在这个消息包里面：ACK标志位置为1，表示确认客户端发起的第一次连接请求。以上两次握手之后，对于客户端而言：已经明确了我既能给服务端成功发消息，也能成功收到服务端的响应。但是对于服务端而言：两次握手是不够的，因为到目前为止，服务端只知道一件事，客户端发给我的消息我能收到，但是我响应给客户端的消息，客户端能不能收到我是不知道的。所以，还需要进行第三次握手，第三次握手就是当客户端收到服务端发送的确认响应报文之后，还要继续去给服务端进行回应，也是一个ACK标志位置1的确认消息。通过以上三次连接，不管是客户端还是服务端，都知道我既能给对方发送消息，也能收到对方的响应。那么，这个连接就被安全的建了。
??四次挥手机制也是由客户端去发起，客户端会发送一个报文，在报文里面FIN位标志位置一，当服务端收到这个报文之后，我就知道了客户端想要和我断开连接，但是此时服务端不一定能做好准备，因为当客户端发起断开连接的这个消息的时候，对于服务端而言，他还有可能有未发送完的消息，他还要继续发送，所以呢，此时对于服务端而言，我只能进行一个消息确认，就是我先告诉客户端，我知道你要给我断开连接了，但是我这里边还可能没有做好准备，你需要等我一下，等会儿我会告诉你，于是呢，发完这个消息确认包之后，可能稍过片刻它就会继续发送一个断开连接的一个报文，也是一个FIN位置1的报文也是由服务端发给客户端的啊，这个报文表示服务端已经做好了断开连接的准备，那么当这个报文发给客户端的时候，客户端同样要给服务端继续发送一个消息确认的报文一共有四次，那么，通过这四次的相互沟通和连接，我就知道了，不管是服务端还是客户端都已经做好了断开连接的准备，于是连接就可以被断开啊，这是我对三次握手和四次挥手的一个理解。

为什么TCP连接要建立三次连接？

??为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误，主要目的防止服务端一直等待，浪费资源。

TCP协议如何保证可靠传输

(1)应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
(2)TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
(3)校验和：(发送的数据包的二进制相加然后取反)目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
(4)TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
(5)流量控制： TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。(TCP 利用滑动窗口实现流量控制)。
(6)拥塞控制： 当网络拥塞时，减少数据的发送。
(7)停止等待协议 也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
(8)超时重传： 当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

TCP四次挥手的时候，先发起方为什么会有一个TIME_WAIT状态，它的作用是什么？

（1）保证最后一次握手报文能到接收方，如果接收方未收到会再次发送FIN+ACK，发起方可以进行超时重传。
（2）TIME_WAIT时间一般是2MSL。2MSL后这次连接的所有报文都会消失，不会影响下一次连接。

为什么客户端在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间？

??1）为了保证客户端发送的最后一个ACK报文段能够达到服务器。 这个ACK报文段可能丢失，因而使处在LAST-ACK状态的服务器收不到确认。服务器会超时重传FIN+ACK报文段，客户端就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段，接着客户端重传一次确认，重启计时器。最好，客户端和服务器都正常进入到CLOSED状态。如果客户端在TIME-WAIT状态不等待一段时间，而是再发送完ACK报文后立即释放连接，那么就无法收到服务器重传的FIN+ACK报文段，因而也不会再发送一次确认报文。这样，服务器就无法按照正常步骤进入CLOSED状态 。
??2）防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。客户端在发送完最后一个ACK确认报文段后，再经过时间2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。
4分钟就是2个MSL，每个MSL是2分钟。MSL就是maximium segment lifetime——最长报文寿命

TCP 和 UDP 的区别

1. TCP 是面向连接的，UDP 是面向无连接的
2. UDP程序结构较简单
3. TCP 是面向字节流的，UDP 是基于数据报的
4. TCP 保证数据正确性，UDP 可能丢包
5. TCP 保证数据顺序，UDP 不保证

什么是面向连接，什么是面向无连接

??在互通之前，面向连接的协议会先建立连接，如 TCP 有三次握手，而 UDP 不会

UDP

TCP 和 UDP 是传输层的两个协议
UDP 的包头

UDP 的主要应用场景

1. 需要资源少，网络情况稳定的内网，或者对于丢包不敏感的应用，比如 DHCP 就是基于 UDP 协议的。
2. 不需要一对一沟通，建立连接，而是可以广播的应用。因为它不面向连接，所以可以做到一对多，承担广播或者多播的协议。
3. 需要处理速度快，可以容忍丢包，但是即使网络拥塞，也毫不退缩，一往无前的时候
   直播：直播对实时性的要求比较高，宁可丢包，也不要卡顿的，所以很多直播应用都基于 UDP 实现了自己的视频传输协议
   实时游戏：游戏的特点也是实时性比较高，在这种情况下，采用自定义的可靠的 UDP 协议，自定义重传策略，能够把产生的延迟降到最低，减少网络问题对游戏造成的影响
   物联网：一方面，物联网领域中断资源少，很可能知识个很小的嵌入式系统，而维护 TCP 协议的代价太大了；另一方面，物联网对实时性的要求也特别高。比如 Google 旗下的 Nest 简历 Thread Group，推出了物联网通信协议 Thread，就是基于 UDP 协议的
   域名查询、语音通话、视频直播等

HTTPs加密过程？及为什么？

加密过程：HTTPS在传输数据之前需要客户端与服务器进行一个握手(TLS/SSL握手)，在握手过程中将确立双方加密传输数据的密码信息。TLS/SSL使用了非对称加密，对称加密以及hash等。HTTPS相比于HTTP，虽然提供了安全保证，但是势必会带来一些时间上的损耗，如握手和加密等过程，是否使用HTTPS需要根据具体情况在安全和性能方面做出权衡。

为什么加密：因为HTTP报文是包裹在TCP报文里面的，服务器端收到报文段后，会解包提取HTTP报文，而HTTP报文是明文，所以若传输过程中被截取，有可能泄露信息，所以需要在HTTP报文进入TCP报文之前，先使用SSL对HTTP报文进行加密。HTTPS协议的本质就是HTTP + SSL(or TLS)。

HTTP和HTTPS的区别？（长连接和短连接）

https：全称Hyper Text Transfer Protocol Secure，相比http(超文本传输协议)，多了一个secure，这一个secure是怎么来的呢？这是由TLS（SSL）提供的，可以简单理解为 HTTPS=HTTP+SSL。
①HTTP 的 URL 以 http:// 开头，而 HTTPS 的 URL 以 https:// 开头
②HTTP 是相对不安全的，而 HTTPS 是相对安全的
③HTTP 标准端口是 80 ，而 HTTPS 的标准端口是 443
④在 OSI 网络模型中，HTTP 工作于应用层，而 HTTPS 工作在传输层
⑤HTTP 无需加密，而 HTTPS 对传输的数据进行加密
⑥HTTP 无需证书，而 HTTPS 需要认证证书

长连接和短连接

??在HTTP/1.0中默认使用短连接。也就是说，客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束就中断连接。当客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的Web页中包含有其他的Web资源（如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等），每遇到这样一个Web资源，浏览器就会重新建立一个HTTP会话。
而从HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头加入这行代码：
Connection:keep-alive
在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，客户端再次访问这个服务器时，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接需要客户端和服务端都支持长连接。
HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。